Nachträglich installierte Systeme verhalten sich anders – und das beginnt bei der Temperatur

Die vereinfachte Bemessung nach EN 1992-1-2 basiert auf tabellierten Werten, Zonenmodellen und der 500 °C-Isotherme – also auf der Annahme, dass der Verbund zwischen Beton und Stahl bis zu dieser Temperatur zuverlässig funktioniert. Das trifft auf nachträglich eingemörtelte Stäbe mit organisch gebundenem Mörtel nicht zu: Epoxidharze oder Hybridmörtel verlieren ihre Verbundwirkung deutlich früher.
Bei vielen Systemen beginnt die Abminderung der Tragfähigkeit bereits bei ca. 200 °C. Bei rund 400 °C ist in der Regel keine verlässliche Resttragfähigkeit mehr nachweisbar. Der Unterschied zur Normannahme beträgt damit bis zu 300 K. Eine Übertragung vereinfachter Verfahren ist deshalb unzulässig – es sei denn, der verwendete Mörtel verfügt über systemeigene, geprüfte Temperaturkennwerte, die mit einbetonierter Bewehrung vergleichbar sind.

Bild 1: Simulierter Brandversuch und Temperaturabminderungsfaktoren von verschiedenen auf dem Markt erhältlichen Injektionssystemen in Abhängigkeit von der Temperatur

Reale Nachweise basieren auf realen Temperaturen – nicht auf Wunschwerten

Für die brandschutztechnische Bemessung eingemörtelter Stäbe werden in Brandversuchen unter Last Temperatur-Abminderungsfaktoren bestimmt. Diese Faktoren beschreiben, wie stark die Verbundfestigkeit mit steigender Temperatur abnimmt – in Relation zu Raumtemperatur und abhängig von der Betonfestigkeitsklasse. Grundlage sind reale Versagensversuche, bei denen die Stäbe unter konstanter Zugbelastung und steigender Temperatur aus dem Beton gezogen werden.
Die ermittelten Faktoren k_fi(θ) finden sich in der ETA des jeweiligen Systems. Sie ermöglichen eine normgerechte, aber systemabhängige Bemessung – mit deutlich differenzierterem Sicherheitsniveau als bei der vereinfachten Methode nach Eurocode.

Tabelle 1: Bemessungsgleichungen für Grundmaß, Mindestmaß, Verankerungs- und Übergreifungslänge eingemörtelter Bewehrungsstäbe unter Brandeinwirkugn (ETA-basiert)

Wo vereinfachte Bemessung gerechtfertigt ist – und warum nicht immer

Eine Ausnahme bilden anorganisch gebundene Injektionsmörtel – vor allem zementbasierte Produkte mit geeigneter Zulassung. Sie zeigen ein Verbundverhalten, das thermisch stabiler ist und mit der klassischen Betonstahl-Verbindung vergleichbar bleibt. Für diese Systeme ist eine vereinfachte Brandbemessung nach EN 1992-1-2 zulässig – unter der Bedingung, dass die erforderlichen Kennwerte in der ETA ausgewiesen sind.
Ein Beispiel: Das Produkt Hilti HIT-FP 700 R ist explizit für Brandbeanspruchung entwickelt und ETA-zertifiziert. Die entsprechende Temperaturfaktoren sind dokumentiert – das System erlaubt eine vereinfachte Bemessung unter klaren Voraussetzungen bis 500°C.

Zwei Fälle – zwei Bemessungsstrategien

Bei der Bemessung eingemörtelter Bewehrungsstäbe im Brandfall reicht ein pauschaler Temperaturwert nicht aus. Entscheidend ist, wie die Temperatur entlang des Stabs verteilt ist – konstant oder lokal unterschiedlich. Das hat direkte Konsequenzen für die Verankerungslänge und die Bemessungssicherheit.
Fall 1: Konstanter Temperaturverlauf
Typisch bei horizontal liegenden Übergreifungsstößen in Platten oder Wänden, die einseitig beflammt werden. Der gesamte Stab liegt dabei in einer gleichmäßig aufgeheizten Zone. In diesem Fall muss die reduzierte Verbundfestigkeit des Injektionssystems über die gesamte Bohrtiefe angesetzt werden – auf Basis der höchsten auftretenden Temperatur.
Fall 2: Nicht-konstanter Temperaturverlauf
Dieser liegt z. B. bei vertikal verankerten Stäben in Stützen oder Fundamenten vor. Nur ein Teil des Stabs ist vom Feuer direkt betroffen – etwa die ersten 10–20 cm ab der beflammten Oberfläche. Dadurch entsteht eine lokal begrenzte Schwächung des Verbunds. Weiter entfernte Zonen bleiben kühler und können mehr Kraft aufnehmen. Es kommt zur Umlagerung der Zugkraft in die weniger erhitzten Bereiche – das Tragverhalten wird dadurch komplexer, aber auch potenziell effizienter nutzbar.

Ohne Simulation geht es nicht – zumindest nicht bei nicht-konstanten Temperaturverläufen

Eine realistische brandschutztechnische Bemessung bei nicht-konstanten Temperaturverläufen erfordert eine numerische Simulation. Dabei werden Temperaturprofile entlang der Verankerungslänge berechnet – in der Regel mit Finite-Elemente-Modellen. Diese berücksichtigen:

• Geometrie und Orientierung des Bauteils
• Lage und Anzahl beflammter Flächen
• Betondeckung und Dauer der Brandeinwirkung
• und die zugrunde liegende Temperatur-Zeit-Kurve (meist ETK)

Auf Basis dieser Profile wird dann die erforderliche Verankerungslänge ermittelt – abgestimmt auf den Bewehrungsdurchmesser, die Stahlspannung im Brandfall und die lokal wirksame Verbundfestigkeit. Nur so entsteht ein bemessungssicheres, aber nicht überdimensioniertes Ergebnis.

Digitale Werkzeuge verbinden Theorie und Praxis

Softwarelösungen wie Hilti PROFIS Engineering bieten eine integrierte Möglichkeit, temperaturabhängige Verbundkennwerte mit numerischen Temperaturfeldern zu verknüpfen. Die Bemessung basiert dabei nicht auf vereinfachten Standardannahmen, sondern auf den real hinterlegten Systemkennwerten. Das Ergebnis ist eine regelkonforme, wirtschaftlich tragfähige und anwendungsbezogene Bemessung – selbst bei komplexen Geometrien und unregelmäßiger Brandbeanspruchung.

Fazit: Vereinfachung setzt Nachweisbarkeit voraus

Eine pauschale Übertragung vereinfachter Eurocode-Verfahren auf nachträglich eingemörtelte Bewehrungsanschlüsse ist weder technisch noch normativ zulässig – solange keine vergleichbaren und dokumentierten, temperaturabhängigen Verbundkennwerte vorliegen. Die Systemwahl bestimmt, ob eine vereinfachte Bemessung möglich ist oder eine individuelle Analyse erfolgen muss. Entscheidend ist nicht nur die Art des Mörtels, sondern auch die Geometrie, Einbausituation und die brandspezifische Temperaturverteilung. Nur wer diese Faktoren realitätsnah berücksichtigt, kann einen sicheren und wirtschaftlich vertretbaren Nachweis führen. Ohne numerische Auswertung entsteht entweder Unsicherheit oder Überdimensionierung – beides vermeidbar mit Hilti PROFIS Engineering Suite.

In Teil 9 unserer Fachserie geht es um die Bemessung von Endverankerungen nach EOTA TR 069 – ein Ansatz, der dort funktioniert, wo klassische Übergreifungsstöße an ihre Grenzen stoßen.

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